KR20100010068A - 가변형 일차 권선을 갖는 변압기를 구비한 플라즈마 반응기 - Google Patents
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Abstract
본 발명은 가변형 일차 권선을 갖는 변압기를 구비한 플라즈마 반응기에 관한 것이다. 본 발명의 플라즈마 반응기는 마그네틱 코어와 일차 권선을 갖고 플라즈마 발생을 위한 유도 기전력을 제공하는 변압기를 구비한다. 권선 가변 스위칭 회로는 전원 공급원으로부터 공급되는 전력을 일차 권선으로 인가하되, 일차 권선의 권선 수를 가변 할 수 있다. 변압기의 구동에 따라 발생되는 플라즈마는 가변 스위칭 회로의 스위칭 상태에 따라 유도 기전력과 상관관계를 갖게 되며, 변압기의 일차 권선의 권선 수를 가변 하는 것에 의해 용이하게 플라즈마 이온 에너지를 제어할 수 있으며 플라즈마 처리 용량의 증감에 따라 적합한 에너지의 유도 기전력을 발생할 수 있도록 가변 제어가 용이하다.
플라즈마 반응기, 원격플라즈마, 마그네틱 코어
Description
본 발명은 플라즈마 방전에 의하여 이온, 자유 래디컬, 원자 및 분자를 포함하는 활성 가스를 발생 시기고 활성 가스로 고체, 분말, 가스 등의 플라즈마 처리를 하기 위한 플라즈마 반응기에 관한 것으로, 구체적으로는 변압기 결합 플라즈마 소스를 이용하여 플라즈마를 발생시키는 플라즈마 반응기에 관한 것이다.
플라즈마 방전은 이온, 자유 래디컬, 원자, 분자를 포함하는 활성 가스를 발생하기 위한 가스 여기에 사용되고 있다. 활성 가스는 다양한 분야에서 널리 사용되고 있으며 대표적으로 반도체 제조 공정 예들 들어, 식각, 증착, 세정, 에싱 등 다양하게 사용되고 있다.
플라즈마를 발생하기 위한 플라즈마 소스의 하나로 무선 주파수(radio frequency)를 사용하는 변압기 결합 플라즈마(transformer coupled plasma) 소스가 그 일예이다. 변압기 결합 플라즈마 소스는 일차 권선을 갖는 마그네틱 코어를 갖는 변압기를 구비하고, 변압기의 이차 권선은 플라즈마 챔버(혹은 플라즈마 반응기) 내부의 환형 플라즈마에 해당된다. 변압기 결합 플라즈마 소스는 공정 챔버에 결합된 구조나 원격 플라즈마 반응기에 결합된 구조로 사용되고 있다.
최근, 반도체 장치의 제조를 위한 웨이퍼나 LCD 글라스 기판은 더욱 대형화 되어 가고 있다. 그럼으로 플라즈마 이온 에너지에 대한 제어 능력이 높고, 대면적의 처리 능력을 갖는 확장성이 용이한 플라즈마 소스가 요구되고 있다. 변압기 결합 플라즈마 소스 또한 이러한 요구가 발생되다. 플라즈마 이온 에너지에 대한 제어나 플라즈마 처리 용량의 증감은 플라즈마 소스가 갖는 전력 제어 방식과 상관성이 있으며 이에 대한 효과적인 제어 방법이 요구된다.
본 발명의 목적은 변압기 결합 플라즈마 소스를 갖는 플라즈마 반응기에 있어서 플라즈마를 변압기의 일차 권선의 권선 수를 가변 하는 것으로서 용이하게 플라즈마 이온 에너지의 제어와 플라즈마 처리 용량의 증감에 따라 적합한 에너지 레벨을 갖는 유도 기전력을 발생 할 수 있도록 가변 제어가 용이한 가변형 일차 권선을 갖는 변압기를 구비한 플라즈마 반응기를 제공하는데 있다.
상기한 기술적 과제를 달성하기 위한 본 발명의 일면은 플라즈마 반응기에 관한 것이다. 본 발명의 일면에 따른 플라즈마 반응기는: 플라즈마 챔버; 마그네틱 코어와 일차 권선을 갖고 상기 플라즈마 챔버로 플라즈마 발생을 위한 유도 기전력을 제공하는 변압기; 상기 변압기를 구동시키기 위한 전력을 공급하는 전원 공급원; 상기 전원 공급원으로부터 공급되는 전력을 상기 일차 권선으로 인가하되, 상기 일차 권선의 권선 수를 가변 할 수 있는 권선 가변 스위칭 회로; 및 상기 권선 가변 스위칭 회로를 제어하여 상기 일차 권선의 권선 수를 가변시켜서 상기 플라즈마 챔버로 전달되는 유도 기전력을 가변 시키는 제어부를 포함한다.
일 실시예에 있어서, 상기 권선 가변 스위칭 회로는 상기 일차 권선에 연결되는 멀티 탭과 상기 제어부로 부터 발생되는 스위칭 제어 신호에 응답하여 상기 멀티 탭 사이에서 스위칭 동작하는 멀티 탭 스위치를 포함한다.
일 실시예에 있어서, 상기 플라즈마 챔버는 환형 구조를 갖고, 상기 변압기의 마그네틱 코어는 상기 플라즈마 챔버의 일부를 감싸는 구조를 갖는다.
일 실시예에 있어서, 상기 플라즈마 챔버는 중공형 구조를 갖고, 상기 변압기는 상기 플라즈마 챔버의 내부에 내장된다.
일 실시예에 있어서, 상기 마그네틱 코어를 감싸는 코어 커버를 더 포함한다.
일 실시예에 있어서, 플라즈마 챔버에서 발생된 플라즈마가 수용되는 공정 챔버를 더 포함한다.
본 발명의 다른 일면은 플라즈마 반응기에 관한 것이다. 본 발명의 다른 일면에 따른 플라즈마 반응기는: 피처리 기판이 놓이는 기판 지지대를 갖는 공정 챔버; 마그네틱 코어와 일차 권선을 갖고 상기 공정 챔버의 내부로 플라즈마 발생을 위한 유도 기전력을 제공하는 변압기; 상기 변압기를 구동시키기 위한 전력을 공급하는 전원 공급원; 상기 전원 공급원으로부터 공급되는 전력을 상기 일차 권선으로 인가하되, 상기 일차 권선의 권선 수를 가변 할 수 있는 권선 가변 스위칭 회로; 및 상기 권선 가변 스위칭 회로를 제어하여 상기 일차 권선의 권선 수를 가변시켜서 상기 기판 처리 공간으로 전달되는 유도 기전력을 가변 시키는 제어부를 포함한다.
일 실시예에 있어서, 상기 권선 가변 스위칭 회로는 상기 일차 권선에 연결되는 멀티 탭과 상기 제어부의 제어 신호에 응답하여 상기 멀티 탭 사이에서 스위칭 동작하는 멀티 탭 스위치를 포함한다.
일 실시예에 있어서, 상기 공정 챔버는 상기 마그네틱 코어가 장착되는 하나 이상의 외부 방전 브리지를 포함하여, 상기 외부 방전 브리지를 경유하는 하나 이상의 플라즈마 방전 루프를 포함한다.
일 실시예에 있어서, 상기 공정 챔버는 상기 마그네틱 코어가 장착되며 상기 공정 챔버의 내부에 일부 또는 전체가 위치하는 하나 이상의 내부 방전 브리지를 포함하고, 상기 공정 챔버의 내부에서 상기 내부 방전 브리지를 감싸는 플라즈마 방전 루프를 포함한다.
본 발명의 가변형 일차 권선을 갖는 변압기를 구비한 플라즈마 반응기에 의하면, 변압기의 구동에 따라 발생되는 플라즈마는 가변 스위칭 회로의 스위칭 상태에 따라 유도 기전력과 상관관계를 갖게 되며, 변압기의 일차 권선의 권선 수를 가변 하는 것에 의해 용이하게 플라즈마 이온 에너지를 제어할 수 있으며 플라즈마 처리 용량의 증감에 따라 적합한 에너지의 유도 기전력을 발생할 수 있도록 가변 제어가 용이하다.
본 발명을 충분히 이해하기 위해서 본 발명의 바람직한 실시예를 첨부 도면을 참조하여 설명한다. 본 발명의 실시예는 여러 가지 형태로 변형될 수 있으며, 본 발명의 범위가 아래에서 상세히 설명하는 실시예로 한정되는 것으로 해석되어서는 안 된다. 본 실시예는 당업계에서 평균적인 지식을 가진 자에게 본 발명을 보다 완전하게 설명하기 위해서 제공 되어지는 것이다. 따라서 도면에서의 요소의 형상 등은 보다 명확한 설명을 강조하기 위해서 과장되어 표현될 수 있다. 각 도면에서 동일한 부재는 동일한 참조부호로 도시한 경우가 있음을 유의하여야 한다. 본 발명의 요지를 불필요하게 흐릴 수 있다고 판단되는 공지 기능 및 구성에 대한 상세한 기술은 생략된다.
도 1은 본 발명의 제1 실시예에 따른 플라즈마 반응기의 주요 구성을 보여주는 블록도이다.
도 1을 참조하여, 본 발명의 제1 실시예에 따른 플라즈마 반응기는 플라즈마 방전이 이루어지는 플라즈마 챔버(10)와 플라즈마 챔버(10)의 내부로 플라즈마 발생을 위한 유도 기전력을 제공하는 변압기(20)를 포함한다. 플라즈마 챔버(10)는 환형 구조를 갖고, 변압기(20)의 마그네틱 코어(22)는 플라즈마 챔버(10)의 일부를 감싸도록 장착된다. 마그네틱 코어(22)에 감겨진 일차 권선(24)은 권선 가변 스위칭 회로(30)를 통하여 전원 공급원(40)에 전기적으로 연결된다. 전원 공급원(40)은 권선 가변 스위칭 회로(30)를 통하여 일차 권선(24)으로 무선 주파수 전력을 공급하여 변압기(20)를 구동 시킨다.
권선 가변 스위칭 회로(30)는 전원 공급원(40)으로부터 공급되는 무선 주파수 전력을 일차 권선(24)으로 인가하되, 일차 권선(24)의 권선 수를 가변 할 수 있다. 예를 들어, 권선 가변 스위칭 회로(30)는 일차 권선(24)에 연결되는 멀티 탭(32)과 스위칭 제어 신호에 응답하여 멀티 탭(32) 사이에서 스위칭 동작하는 멀티 탭 스위치(34)로 구성될 수 있다. 제어부(50)는 권선 가변 스위칭 회로(30)를 제어하기 위한 스위칭 제어 신호를 발생하여 일차 권선(24)의 권선 수를 가변시켜서 플라즈마 챔버(10)의 내부로 전달되는 유도 기전력을 가변 시킬 수 있다.
플라즈마 챔버(10)는 가스 공급원(60)으로부터 제공되는 공정 가스를 공급 받는 가스 입구(12)와 공정 챔버(70)로 연결되는 가스 출구(14)를 구비한다. 플라즈마 챔버(10)에서 발생된 플라즈마는 가스 출구(14)를 통하여 공정 챔버(70)로 공급된다. 공정 챔버(70)는 피처리 기판(74)이 놓이는 기판 지지대(72)를 구비하며, 진공 펌프(미도시)에 연결되는 가스 출구(미도시)를 구비한다. 피처리 기판(74)은 예를 들어, 반도체 장치를 제조하기 위한 실리콘 웨이퍼 기판 또는 액정 디스플레이나 플라즈마 디스플레이 등의 제조를 위한 유리 기판이다.
전원 공급원(40)은 구체적인 도시는 생략하였으나, 하나 이상의 스위칭 반도체 장치를 구비하며 무선 주파수 전력를 발생하되 별도의 임피던스 정합기 없이 출력 전력의 제어가 가능한 교류 스위칭 전원 공급원(AC switching power supply)으로 구성될 수 있다. 또는 별도의 임피던스 정합기를 사용할 수도 있다. 공정 챔버(70)에 구비되는 기판 지지대(72)는 하나 이상의 바이어스 전원 공급원(미도시)에 의해 바이어스 될 수 있으며, 또는 바이어스 공급이 없는 제로 포텐셜을 가질 수도 있다.
플라즈마 챔버(10)와 공정 챔버(70)는 예를 들어, 알루미늄과 같은 전도체 물질로 제작될 수 있다. 또는 석영과 같은 절연체 물질로 구성도 가능하다. 전도체 물질로 제작되는 경우에는 양극 처리된(anodized) 것을 사용하는 것이 바람직하다. 전도체 물질로 구성하는 경우 복합소재 예를 들어, 탄소나노튜브와 공유 결합된 알루미늄으로 구성되는 복합소재를 사용하는 것이 매우 유용할 수 있다. 이러한 복합 소재는 기존의 알루미늄 보다 강도가 대략 3배 이상이며 강도 대비하여 중량은 경량인 특징을 갖는다. 복합 소재로 구성된 플라즈마 챔버(10)와 공정 챔버(70)는 다양한 공정 환경과 열적 환경에서도 안정적인 구조를 유지할 수 있다. 특히, 플라즈마 챔버(10)가 도전성 재료로 제작되는 경우에는 에디 전류가 발생되는 것을 방지하기 위하여 전기적으로 불연속 영역을 형성하기 위한 절연 영역이 구비된다.
가스 공급원(60)으로부터 공정 가스가 플라즈마 챔버(10)로 제공되면, 전원 공급원(40)으로부터 무선 주파수 전력이 변압기(20)로 공급되어 플라즈마 챔버(10)의 내부에는 환형의 플라즈마 방전 루프(16)가 발생된다. 이때, 발생되는 플라즈마는 가변 스위칭 회로(30)의 스위칭 상태에 따라 유도 기전력과 상관관계를 갖고 제어된다. 제어부(50)는 변압기(20)의 가변 제어와 더불어 또는 독립적으로 전원 공급원(40)을 제어하여 플라즈마 챔버(10)의 내부로 전달되는 유도 기전력을 가변적으로 제어할 수도 있다. 또한 제어부(50)는 가스 공급원(60)을 제어하여(구체적으로는 플라즈마 챔버(10)로 유입되는 공정 가스의 유량을 제어하여) 플라즈마 챔 버(10)에서 발생되는 플라즈마를 가변적으로 제어할 수 있다.
이와 같은 본 발명의 제1 실시예에 따른 플라즈마 반응기는 변압기(20)의 구동에 따라 발생되는 플라즈마는 가변 스위칭 회로(30)의 스위칭 상태에 따라 유도 기전력과 상관관계를 갖게 되며, 변압기(20)의 일차 권선(24)의 권선 수를 가변 하는 것에 의해 용이하게 플라즈마 이온 에너지를 제어할 수 있으며 플라즈마 처리 용량의 증감에 따라 적합한 에너지의 유도 기전력을 발생할 수 있도록 가변 제어가 용이하다.
도 2는 본 발명의 제2 실시예에 따른 플라즈마 반응기의 주요 구성을 보여주는 블록도이다.
도 2를 참조하여, 본 발명의 제2 실시예에 따른 플라즈마 반응기는 플라즈마 방전이 이루어지는 중공형 구조의 플라즈마 챔버(110)와 플라즈마 챔버(110)의 내부에 내장되어 플라즈마를 발생시키기 위한 유도 기전력을 제공하는 변압기(120)를 포함한다. 변압기(120)를 구성하는 마그네틱 코어(122)는 코어 커버(123)에 의해 보호된다. 마그네틱 코어(122)에 감겨진 일차 권선(124)은 권선 가변 스위칭 회로(130)를 통하여 전원 공급원(140)에 전기적으로 연결된다. 전원 공급원(140)은 권선 가변 스위칭 회로(130)를 통하여 일차 권선(124)으로 무선 주파수 전력을 공급하여 변압기(120)를 구동 시킨다.
권선 가변 스위칭 회로(130)는 전원 공급원(140)으로부터 공급되는 무선 주파수 전력을 일차 권선(124)으로 인가하되, 일차 권선(124)의 권선 수를 가변 할 수 있다. 예를 들어, 권선 가변 스위칭 회로(130)는 일차 권선(124)에 연결되는 멀티 탭(132)과 스위칭 제어 신호에 응답하여 멀티 탭(132) 사이에서 스위칭 동작하는 멀티 탭 스위치(134)로 구성될 수 있다. 제어부(150)는 권선 가변 스위칭 회로(130)를 제어하기 위한 스위칭 제어 신호를 발생하여 일차 권선(124)의 권선 수를 가변시켜서 플라즈마 챔버(110)의 내부의 중공 영역으로 전달되는 유도 기전력을 가변 시킬 수 있다.
플라즈마 챔버(110)는 가스 공급원(160)으로부터 제공되는 공정 가스를 공급 받는 가스 입구(112)와 공정 챔버(170)로 연결되는 가스 출구(114)를 구비한다. 플라즈마 챔버(110)에서 발생된 플라즈마는 가스 출구(114)를 통하여 공정 챔버(170)로 공급된다. 공정 챔버(170)는 피처리 기판(174)이 놓이는 기판 지지대(172)를 구비하며, 진공 펌프(미도시)에 연결되는 가스 출구(미도시)를 구비한다. 피처리 기판(174)은 예를 들어, 반도체 장치를 제조하기 위한 실리콘 웨이퍼 기판 또는 액정 디스플레이나 플라즈마 디스플레이 등의 제조를 위한 유리 기판이다.
전원 공급원(140)은 구체적인 도시는 생략하였으나, 하나 이상의 스위칭 반도체 장치를 구비하며 무선 주파수 전력를 발생하되 별도의 임피던스 정합기 없이 출력 전력의 제어가 가능한 교류 스위칭 전원 공급원(AC switching power supply)으로 구성될 수 있다. 또는 별도의 임피던스 정합기를 사용할 수도 있다. 공정 챔버(170)에 구비되는 기판 지지대(172)는 하나 이상의 바이어스 전원 공급원(미도시)에 의해 바이어스 될 수 있으며, 또는 바이어스 공급이 없는 제로 포텐셜을 가질 수도 있다.
플라즈마 챔버(110)와 공정 챔버(170)는 그리고 코어 커버(123)는 예를 들어, 알루미늄과 같은 전도체 물질로 제작될 수 있다. 또는 석영과 같은 절연체 물질로 구성도 가능하다. 전도체 물질로 제작되는 경우에는 양극 처리된(anodized) 것을 사용하는 것이 바람직하다. 전도체 물질로 구성하는 경우 복합소재 예를 들어, 탄소나노튜브와 공유 결합된 알루미늄으로 구성되는 복합소재를 사용하는 것이 매우 유용할 수 있다. 이러한 복합 소재는 기존의 알루미늄 보다 강도가 대략 3배 이상이며 강도 대비하여 중량은 경량인 특징을 갖는다. 복합 소재로 구성된 플라즈마 챔버(110)와 공정 챔버(170) 및 코어 커버(123)는 다양한 공정 환경과 열적 환경에서도 안정적인 구조를 유지할 수 있다. 특히, 코어 커버(123)가 도전성 재료로 제작되는 경우에는 에디 전류가 발생되는 것을 방지하기 위하여 전기적으로 불연속 영역을 형성하기 위한 절연 영역이 구비된다.
가스 공급원(160)으로부터 공정 가스가 플라즈마 챔버(110)로 제공되면, 전원 공급원(140)으로부터 무선 주파수 전력이 변압기(120)로 공급되어 플라즈마 챔버(110)의 내부에는 코어 커버(123)를 감싸는 플라즈마 방전 루프(116)가 발생된다. 이때, 발생되는 플라즈마는 가변 스위칭 회로(130)의 스위칭 상태에 따라 유도 기전력과 상관관계를 갖고 제어된다. 제어부(150)는 변압기(120)의 가변 제어와 더불어 또는 독립적으로 전원 공급원(140)을 제어하여 플라즈마 챔버(110)의 내부로 전달되는 유도 기전력을 가변적으로 제어할 수도 있다. 또한 제어부(150)는 가스 공급원(160)을 제어하여(구체적으로는 플라즈마 챔버(110)로 유입되는 공정 가스의 유량을 제어하여) 플라즈마 챔버(110)에서 발생되는 플라즈마를 가변적으로 제어할 수 있다.
이와 같은 본 발명의 제2 실시예에 따른 플라즈마 반응기는 변압기(120)의 구동에 따라 발생되는 플라즈마는 가변 스위칭 회로(130)의 스위칭 상태에 따라 유도 기전력과 상관관계를 갖게 되며, 변압기(120)의 일차 권선(124)의 권선 수를 가변 하는 것에 의해 용이하게 플라즈마 이온 에너지를 제어할 수 있으며 플라즈마 처리 용량의 증감에 따라 적합한 에너지의 유도 기전력을 발생할 수 있도록 가변 제어가 용이하다.
도 3은 본 발명의 제3 실시예에 따른 플라즈마 반응기의 주요 구성을 보여주는 블록도이다.
도 3을 참조하여, 본 발명의 제3 실시예에 따른 플라즈마 반응기는 피처리 기판(274)이 놓이는 기판 지지대(272)를 갖는 공정 챔버(270)와 공정 챔버(270)의 내부로 플라즈마 발생을 위한 유도 기전력을 제공하는 변압기(220)를 포함한다. 공정 챔버(270)는 변압기(220)의 마그네틱 코어(222)가 장착되는 하나 이상의 외부 방전 브리지(210)를 구비한다. 공정 챔버(270)는 가스 공급원(260)으로부터 제공되는 공정 가스를 공급 받는 가스 입구(미도시)와 진공 펌프(미도시)에 연결되는 가스 출구(미도시)를 구비한다. 가스 입구(미도시)는 공정 챔버(270)에 직접 연결되거나 또는 외부 방전 브리지(210)에 연결될 수도 있다. 공정 챔버(270)는 피처리 기판(274)이 놓이는 기판 지지대(272)를 구비한다. 피처리 기판(274)은 예를 들어, 반도체 장치를 제조하기 위한 실리콘 웨이퍼 기판 또는 액정 디스플레이나 플라즈마 디스플레이 등의 제조를 위한 유리 기판이다.
변압기(220)의 마그네틱 코어(222)는 외부 방전 브리지(210)의 일부를 감싸도록 장착된다. 마그네틱 코어(222)에 감겨진 일차 권선(224)은 권선 가변 스위칭 회로(230)를 통하여 전원 공급원(240)에 전기적으로 연결된다. 전원 공급원(240)은 권선 가변 스위칭 회로(230)를 통하여 일차 권선(224)으로 무선 주파수 전력을 공급하여 변압기(220)를 구동 시킨다.
권선 가변 스위칭 회로(230)는 전원 공급원(240)으로부터 공급되는 무선 주파수 전력을 일차 권선(224)으로 인가하되, 일차 권선(224)의 권선 수를 가변 할 수 있다. 예를 들어, 권선 가변 스위칭 회로(230)는 일차 권선(224)에 연결되는 멀티 탭(232)과 스위칭 제어 신호에 응답하여 멀티 탭(232) 사이에서 스위칭 동작하는 멀티 탭 스위치(234)로 구성될 수 있다. 제어부(250)는 권선 가변 스위칭 회로(230)를 제어하기 위한 스위칭 제어 신호를 발생하여 일차 권선(224)의 권선 수를 가변시켜서 외부 방전 브리지(210)와 공정 챔버(270)의 내부로 전달되는 유도 기전력을 가변 시킬 수 있다.
전원 공급원(240)은 구체적인 도시는 생략하였으나, 하나 이상의 스위칭 반도체 장치를 구비하며 무선 주파수 전력를 발생하되 별도의 임피던스 정합기 없이 출력 전력의 제어가 가능한 교류 스위칭 전원 공급원(AC switching power supply)으로 구성될 수 있다. 또는 별도의 임피던스 정합기를 사용할 수도 있다. 공정 챔버(270)에 구비되는 기판 지지대(272)는 하나 이상의 바이어스 전원 공급원(미도시)에 의해 바이어스 될 수 있으며, 또는 바이어스 공급이 없는 제로 포텐셜을 가질 수도 있다.
외부 방전 브리지(210)와 공정 챔버(270)는 예를 들어, 알루미늄과 같은 전도체 물질로 제작될 수 있다. 또는 석영과 같은 절연체 물질로 구성도 가능하다. 전도체 물질로 제작되는 경우에는 양극 처리된(anodized) 것을 사용하는 것이 바람직하다. 전도체 물질로 구성하는 경우 복합소재 예를 들어, 탄소나노튜브와 공유 결합된 알루미늄으로 구성되는 복합소재를 사용하는 것이 매우 유용할 수 있다. 이러한 복합 소재는 기존의 알루미늄 보다 강도가 대략 3배 이상이며 강도 대비하여 중량은 경량인 특징을 갖는다. 복합 소재로 구성된 외부 방전 브리지(210)와 공정 챔버(270)는 다양한 공정 환경과 열적 환경에서도 안정적인 구조를 유지할 수 있다. 특히, 외부 방전 브리지(210)가 도전성 재료로 제작되는 경우에는 에디 전류가 발생되는 것을 방지하기 위하여 전기적으로 불연속 영역을 형성하기 위한 절연 영역이 구비된다.
가스 공급원(260)으로부터 공정 가스가 공정 챔버(270)로 제공되면, 전원 공급원(240)으로부터 무선 주파수 전력이 변압기(220)로 공급되어 외부 방전 브리지(210)와 공정 챔버(270)의 내부에는 환형의 플라즈마 방전 루프(216)가 발생된다. 이때, 발생되는 플라즈마는 가변 스위칭 회로(230)의 스위칭 상태에 따라 유도 기전력과 상관관계를 갖고 제어된다. 제어부(250)는 변압기(220)의 가변 제어와 더불어 또는 독립적으로 전원 공급원(240)을 제어하여 공정 챔버(270)의 내부로 전달되는 유도 기전력을 가변적으로 제어할 수도 있다. 또한 제어부(250)는 가스 공급원(260)을 제어하여(구체적으로는 공정 챔버(270)로 유입되는 공정 가스의 유량을 제어하여) 공정 챔버(270)에서 발생되는 플라즈마를 가변적으로 제어할 수 있 다.
이와 같은 본 발명의 제3 실시예에 따른 플라즈마 반응기는 변압기(220)의 구동에 따라 발생되는 플라즈마는 가변 스위칭 회로(230)의 스위칭 상태에 따라 유도 기전력과 상관관계를 갖게 되며, 변압기(220)의 일차 권선(224)의 권선 수를 가변 하는 것에 의해 용이하게 플라즈마 이온 에너지를 제어할 수 있으며 플라즈마 처리 용량의 증감에 따라 적합한 에너지의 유도 기전력을 발생할 수 있도록 가변 제어가 용이하다.
도 4는 본 발명의 제4 실시예에 따른 플라즈마 반응기의 주요 구성을 보여주는 블록이다.
도 4를 참조하여, 본 발명의 제4 실시예에 따른 플라즈마 반응기는 피처리 기판(374)이 놓이는 기판 지지대(372)를 갖는 공정 챔버(370)와 공정 챔버(370)의 내부로 플라즈마 발생을 위한 유도 기전력을 제공하는 변압기(320)를 포함한다. 공정 챔버(270)는 변압기(220)의 마그네틱 코어(222)가 장착되는 하나 이상의 내부 방전 브리지(310)를 구비한다. 공정 챔버(370)는 가스 공급원(360)으로부터 제공되는 공정 가스를 공급 받는 가스 입구(미도시)와 진공 펌프(미도시)에 연결되는 가스 출구(미도시)를 구비한다.
내부 방전 브리지(320)는 예를 들어, 도면에 도시된 바와 같이, 마그네틱 코어(310)가 완전히 공정 챔버(370)의 내부에 포함되는 경우가 있을 수 있지만, 또는 마그네틱 코어(310)의 일부만 공정 챔버(370)의 내부에 포함되는 경우(도면으로는 도시하지 않음)도 있을 수 있다. 공정 챔버(370)는 피처리 기판(374)이 놓이는 기 판 지지대(372)를 구비한다. 피처리 기판(374)은 예를 들어, 반도체 장치를 제조하기 위한 실리콘 웨이퍼 기판 또는 액정 디스플레이나 플라즈마 디스플레이 등의 제조를 위한 유리 기판이다.
변압기(320)의 마그네틱 코어(322)는 일부분 또는 전부가 내부 방전 브리지(310)에 의해서 쌓여진다. 마그네틱 코어(322)에 감겨진 일차 권선(324)은 권선 가변 스위칭 회로(330)를 통하여 전원 공급원(340)에 전기적으로 연결된다. 전원 공급원(340)은 권선 가변 스위칭 회로(330)를 통하여 일차 권선(324)으로 무선 주파수 전력을 공급하여 변압기(320)를 구동 시킨다.
권선 가변 스위칭 회로(330)는 전원 공급원(340)으로부터 공급되는 무선 주파수 전력을 일차 권선(324)으로 인가하되, 일차 권선(324)의 권선 수를 가변 할 수 있다. 예를 들어, 권선 가변 스위칭 회로(330)는 일차 권선(324)에 연결되는 멀티 탭(332)과 스위칭 제어 신호에 응답하여 멀티 탭(332) 사이에서 스위칭 동작하는 멀티 탭 스위치(334)로 구성될 수 있다. 제어부(350)는 권선 가변 스위칭 회로(330)를 제어하기 위한 스위칭 제어 신호를 발생하여 일차 권선(324)의 권선 수를 가변시켜서 내부 방전 브리지(310)와 공정 챔버(370)의 내부로 전달되는 유도 기전력을 가변 시킬 수 있다.
전원 공급원(340)은 구체적인 도시는 생략하였으나, 하나 이상의 스위칭 반도체 장치를 구비하며 무선 주파수 전력를 발생하되 별도의 임피던스 정합기 없이 출력 전력의 제어가 가능한 교류 스위칭 전원 공급원(AC switching power supply)으로 구성될 수 있다. 또는 별도의 임피던스 정합기를 사용할 수도 있다. 공정 챔버(370)에 구비되는 기판 지지대(372)는 하나 이상의 바이어스 전원 공급원(미도시)에 의해 바이어스 될 수 있으며, 또는 바이어스 공급이 없는 제로 포텐셜을 가질 수도 있다.
내부 방전 브리지(310)와 공정 챔버(370)는 예를 들어, 알루미늄과 같은 전도체 물질로 제작될 수 있다. 또는 석영과 같은 절연체 물질로 구성도 가능하다. 전도체 물질로 제작되는 경우에는 양극 처리된(anodized) 것을 사용하는 것이 바람직하다. 전도체 물질로 구성하는 경우 복합소재 예를 들어, 탄소나노튜브와 공유 결합된 알루미늄으로 구성되는 복합소재를 사용하는 것이 매우 유용할 수 있다. 이러한 복합 소재는 기존의 알루미늄 보다 강도가 대략 3배 이상이며 강도 대비하여 중량은 경량인 특징을 갖는다. 복합 소재로 구성된 내부 방전 브리지(310)와 공정 챔버(370)는 다양한 공정 환경과 열적 환경에서도 안정적인 구조를 유지할 수 있다. 특히, 내부 방전 브리지(310)가 도전성 재료로 제작되는 경우에는 에디 전류가 발생되는 것을 방지하기 위하여 전기적으로 불연속 영역을 형성하기 위한 절연 영역이 구비된다.
가스 공급원(360)으로부터 공정 가스가 공정 챔버(370)로 제공되면, 전원 공급원(340)으로부터 무선 주파수 전력이 변압기(320)로 공급되어 내부 방전 브리지(310)를 감싸도록 공정 챔버(370)의 내부에는 환형의 플라즈마 방전 루프(316)가 발생된다. 이때, 발생되는 플라즈마는 가변 스위칭 회로(330)의 스위칭 상태에 따라 유도 기전력과 상관관계를 갖고 제어된다. 제어부(350)는 변압기(320)의 가변 제어와 더불어 또는 독립적으로 전원 공급원(340)을 제어하여 공정 챔버(370)의 내 부로 전달되는 유도 기전력을 가변적으로 제어할 수도 있다. 또한 제어부(350)는 가스 공급원(360)을 제어하여(구체적으로는 공정 챔버(270)로 유입되는 공정 가스의 유량을 제어하여) 공정 챔버(370)에서 발생되는 플라즈마를 가변적으로 제어할 수 있다.
이와 같은 본 발명의 제4 실시예에 따른 플라즈마 반응기는 변압기(320)의 구동에 따라 발생되는 플라즈마는 가변 스위칭 회로(330)의 스위칭 상태에 따라 유도 기전력과 상관관계를 갖게 되며, 변압기(320)의 일차 권선(324)의 권선 수를 가변 하는 것에 의해 용이하게 플라즈마 이온 에너지를 제어할 수 있으며 플라즈마 처리 용량의 증감에 따라 적합한 에너지의 유도 기전력을 발생할 수 있도록 가변 제어가 용이하다.
이상에서 설명된 본 발명의 가변형 일차 권선을 갖는 변압기를 구비한 플라즈마 반응기의 실시예는 예시적인 것에 불과하며, 본 발명이 속한 기술분야의 통상의 지식을 가진 자라면 이로부터 다양한 변형 및 균등한 타 실시예가 가능하다는 점을 잘 알 수 있을 것이다. 그럼으로 본 발명은 상기의 상세한 설명에서 언급되는 형태로만 한정되는 것은 아님을 잘 이해할 수 있을 것이다. 따라서 본 발명의 진정한 기술적 보호 범위는 첨부된 특허청구범위의 기술적 사상에 의해 정해져야 할 것이다. 또한, 본 발명은 첨부된 청구범위에 의해 정의되는 본 발명의 정신과 그 범위 내에 있는 모든 변형물과 균등물 및 대체물을 포함하는 것으로 이해되어야 한다.
도 1은 본 발명의 제1 실시예에 따른 플라즈마 반응기의 주요 구성을 보여주는 블록도이다.
도 2는 본 발명의 제2 실시예에 따른 플라즈마 반응기의 주요 구성을 보여주는 블록도이다.
도 3은 본 발명의 제3 실시예에 따른 플라즈마 반응기의 주요 구성을 보여주는 블록도이다.
도 4는 본 발명의 제4 실시예에 따른 플라즈마 반응기의 주요 구성을 보여주는 블록이다.
*도면의 주요 부분에 대한 부호의 설명*
10: 플라즈마 챔버 12: 가스 입구
14: 가스 출구 16: 플라즈마 방전 루프
20: 변압기 22: 마그네틱 코어
24: 일차 권선 30: 권선 가변 스위칭 회로
32: 멀티 탭 34: 멀티 탭 스위치
40: 전원 공급원 50: 제어부
60: 가스 공급원 70: 공정 챔버
72: 기판 지지대 74: 피처리 기판
Claims (10)
- 플라즈마 챔버;마그네틱 코어와 일차 권선을 갖고 상기 플라즈마 챔버로 플라즈마 발생을 위한 유도 기전력을 제공하는 변압기;상기 변압기를 구동시키기 위한 전력을 공급하는 전원 공급원;상기 전원 공급원으로부터 공급되는 전력을 상기 일차 권선으로 인가하되, 상기 일차 권선의 권선 수를 가변 할 수 있는 권선 가변 스위칭 회로; 및상기 권선 가변 스위칭 회로를 제어하여 상기 일차 권선의 권선 수를 가변시켜서 상기 플라즈마 챔버로 전달되는 유도 기전력을 가변 시키는 제어부를 포함하는 것을 특징으로 하는 플라즈마 반응기.
- 제1 항에 있어서,상기 권선 가변 스위칭 회로는상기 일차 권선에 연결되는 멀티 탭과상기 제어부로 부터 발생되는 스위칭 제어 신호에 응답하여 상기 멀티 탭 사이에서 스위칭 동작하는 멀티 탭 스위치를 포함하는 것을 특징으로 하는 플라즈마 반응기.
- 제1 항에 있어서,상기 플라즈마 챔버는 환형 구조를 갖고,상기 변압기의 마그네틱 코어는 상기 플라즈마 챔버의 일부를 감싸는 구조를 갖는 것을 특징으로 하는 플라즈마 반응기.
- 제1 항에 있어서,상기 플라즈마 챔버는 중공형 구조를 갖고,상기 변압기는 상기 플라즈마 챔버의 내부에 내장되는 것을 특징으로 하는 플라즈마 반응기.
- 제1 항에 있어서,상기 마그네틱 코어를 감싸는 코어 커버를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 플라즈마 반응기.
- 제1 항 내지 제5 항에 있어서,플라즈마 챔버에서 발생된 플라즈마가 수용되는 공정 챔버를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 플라즈마 반응기.
- 피처리 기판이 놓이는 기판 지지대를 갖는 공정 챔버;마그네틱 코어와 일차 권선을 갖고 상기 공정 챔버의 내부로 플라즈마 발생을 위한 유도 기전력을 제공하는 변압기;상기 변압기를 구동시키기 위한 전력을 공급하는 전원 공급원;상기 전원 공급원으로부터 공급되는 전력을 상기 일차 권선으로 인가하되, 상기 일차 권선의 권선 수를 가변 할 수 있는 권선 가변 스위칭 회로; 및상기 권선 가변 스위칭 회로를 제어하여 상기 일차 권선의 권선 수를 가변시켜서 상기 기판 처리 공간으로 전달되는 유도 기전력을 가변 시키는 제어부를 포함하는 것을 특징으로 하는 플라즈마 반응기.
- 제1 항에 있어서,상기 권선 가변 스위칭 회로는상기 일차 권선에 연결되는 멀티 탭과상기 제어부의 제어 신호에 응답하여 상기 멀티 탭 사이에서 스위칭 동작하는 멀티 탭 스위치를 포함하는 것을 특징으로 하는 플라즈마 반응기.
- 제1 항에 있어서,상기 공정 챔버는 상기 마그네틱 코어가 장착되는 하나 이상의 외부 방전 브리지를 포함하여, 상기 외부 방전 브리지를 경유하는 하나 이상의 플라즈마 방전 루프를 포함하는 것을 특징으로 하는 플라즈마 반응기.
- 제1항에 있어서,상기 공정 챔버는 상기 마그네틱 코어가 장착되며 상기 공정 챔버의 내부에 일부 또는 전체가 위치하는 하나 이상의 내부 방전 브리지를 포함하고, 상기 공정 챔버의 내부에서 상기 내부 방전 브리지를 감싸는 플라즈마 방전 루프를 포함하는 것을 특징으로 하는 플라즈마 반응기.
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|---|---|---|---|
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| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| KR101881535B1 (ko) * | 2017-02-24 | 2018-07-24 | 주식회사 뉴파워 프라즈마 | 수동소자를 구비한 전력공급장치 및 이를 이용한 플라즈마 점화를 위한 전력제공방법 |
| KR101881536B1 (ko) * | 2017-02-24 | 2018-07-24 | 주식회사 뉴파워 프라즈마 | 출력전류 제어가 가능한 전력공급장치 및 이를 이용한 전력공급방법 |
| KR101950024B1 (ko) * | 2017-11-06 | 2019-02-20 | 주식회사 뉴파워 프라즈마 | 원격 플라즈마 생성기 |
-
2008
- 2008-07-22 KR KR1020080070901A patent/KR20100010068A/ko active Search and Examination
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Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| A201 | Request for examination | ||
| E902 | Notification of reason for refusal | ||
| AMND | Amendment | ||
| N231 | Notification of change of applicant | ||
| E90F | Notification of reason for final refusal | ||
| AMND | Amendment | ||
| N231 | Notification of change of applicant | ||
| E601 | Decision to refuse application | ||
| AMND | Amendment | ||
| J201 | Request for trial against refusal decision | ||
| J501 | Disposition of invalidation of trial | ||
| B601 | Maintenance of original decision after re-examination before a trial | ||
| J301 | Trial decision |
Free format text: TRIAL NUMBER: 2016101001017; TRIAL DECISION FOR APPEAL AGAINST DECISION TO DECLINE REFUSAL REQUESTED 20160222 Effective date: 20170531 |